如何使用頻譜分析儀

頻譜分析儀是測試射頻、射頻電路、模塊和單元時(shí)使用的關(guān)鍵測試儀器。它們用于許多領(lǐng)域，包括射頻設(shè)計(jì)、通用電子電路設(shè)計(jì)、電子制造和測試以及服務(wù)，有時(shí)還有現(xiàn)場維修。

這些測試儀器顯示幅度與頻率的關(guān)系，因此，這些測試儀器是定位雜散信號以及顯示和測量信號帶寬的關(guān)鍵。

了解如何有效地使用頻譜分析儀是能夠正確研究射頻電路運(yùn)行的關(guān)鍵。

了解如何使用頻譜分析儀的關(guān)鍵方法之一是查看控件。

雖然這個測試儀器可能看起來很復(fù)雜，但一旦花了一點(diǎn)時(shí)間，就很容易理解如何使用頻譜分析儀。

盡管每種分析儀類型都不同，但每種測試儀器的基本概念都是相同的 - 可以進(jìn)行相同類型的測量，并提供相同的基本控制功能。這樣，一旦使用了一種測試儀器，就可以將相同的基本技能傳授給其他頻譜分析儀的使用。

頻譜分析儀上有許多不同的控件和界面。盡管這些測試設(shè)備可能看起來很復(fù)雜，但經(jīng)過一些練習(xí)后可以充分利用它們，因?yàn)楸仨氄_使用控件。

顯示器在研究如何使用頻譜分析儀時(shí)，測試設(shè)備的主要元素之一是顯示器。顯示器有一個刻度，通常有十個主要水平分度和十個主要垂直分度。

分析儀的橫軸在頻率上是線性校準(zhǔn)的，較高的頻率位于顯示屏的右側(cè)。垂直軸以振幅校準(zhǔn)。該刻度通常是對數(shù)的，盡管通?？梢允褂闷渌潭龋ㄓ糜趯ｉT測量的線性刻度。

通常使用對數(shù)刻度，因?yàn)樗梢栽陬l譜分析儀上看到非常寬范圍的信號 - 感興趣的信號可能會變化 70dB、80dB 或更多。通常使用每格 10 dB 的值。該刻度通常以 dBm（即相對 1 毫瓦的分貝）為單位進(jìn)行校準(zhǔn)，因此可以查看絕對功率電平以及比較兩個信號之間的電平差異。

除了顯示光譜外，使用數(shù)字技術(shù)的現(xiàn)代分析儀通常還具有軟鍵，以在顯示器邊緣周圍提供各種功能。

設(shè)置頻率要設(shè)置頻譜分析儀的頻率，可以進(jìn)行兩種選擇。這些選擇彼此獨(dú)立，在不同的控件上或通過鍵盤單獨(dú)輸入：

中心頻率： ： 中心頻率選擇將刻度中心的頻率設(shè)置為所選值。它通常是要監(jiān)測的信號所在的位置。通過這種方式，主信號位于顯示屏的中央，并且可以監(jiān)控兩側(cè)的頻率。

跨度：跨度選擇是使用頻譜分析儀時(shí)要查看或監(jiān)控的頻率覆蓋范圍。跨度可以作為刻度上每格的帶寬給出，也可以作為在屏幕校準(zhǔn)部分看到的總跨度，即在刻度上校準(zhǔn)的最大范圍內(nèi)。另一個通?？捎玫倪x項(xiàng)是設(shè)置掃描的開始和停止頻率。這是表示跨度的另一種方式，因?yàn)殚_始頻率和停止頻率之間的差值等于跨度。減小跨度將允許更好的信號分辨率，從而可以看到信號的接近分量。

頂部和底部頻率： 作為設(shè)置跨度和中心頻率的替代方法，許多分析儀提供了輸入掃描的開始和停止或頂部和底部頻率的功能。

增益和衰減調(diào)整在頻譜分析儀上還可以使用其他控件。其中大多數(shù)屬于兩類之一。第一個與頻譜分析儀內(nèi)各部分的增益或衰減有關(guān)。

如果測試設(shè)備的某些部分過載，則儀器內(nèi)可能會產(chǎn)生雜散信號。這可以通過使用輸入衰減器進(jìn)行額外的衰減來防止。但是，如果插入過多的衰減，則在后期階段需要額外的增益（IF增益），并且背景噪聲水平會增加，這有時(shí)會掩蓋較低電平的信號。因此，需要仔細(xì)選擇頻譜分析儀中的相關(guān)增益電平，以獲得最佳性能。

現(xiàn)代測試設(shè)備通常具有單個增益控制，通常稱為參考電平控制，它結(jié)合了輸入衰減和IF增益控制。它會自動調(diào)整兩者以獲得最佳設(shè)置。通過這種方式，一端的過載、秤和另一端的本底噪聲都得到了優(yōu)化。

通常，調(diào)整總增益，使目標(biāo)信號的峰值朝向顯示器的頂部 - 通常與頂部有10dB的差距就足夠了。這樣，也可以非常容易地看到振幅過大的雜散信號和其他信號。

如果參考電平降低得太遠(yuǎn)，信號值將降低并逐漸接近殘余噪聲電平。為了進(jìn)行合理的測量，信號和噪聲之間應(yīng)有20dB的差異。

掃描速率頻譜分析儀通過掃描所需范圍的低端到高端所需的頻率范圍來運(yùn)行。它執(zhí)行此操作的速度很重要。顯然，它掃描范圍的速度越快，測量速度就越快。

然而，測試儀器的掃描速率受到另外兩個因素的限制。這些是 IF 中使用的濾波器，以及也可用于平均讀數(shù)的視頻濾波器。這些濾波器必須有時(shí)間做出響應(yīng)，否則信號將被遺漏，測量結(jié)果將變得無用。

保持盡可能高的掃描速率仍然至關(guān)重要，以確保盡快進(jìn)行測量。通常，掃描速率、跨度和濾波器帶寬在測試設(shè)備內(nèi)鏈接，以確保選擇最佳組合。掃描速率是一個關(guān)鍵設(shè)置，尤其是在需要進(jìn)行大量測量時(shí)，例如在需要表征IC或RF電路的射頻設(shè)計(jì)中，或者在必須將測試時(shí)間保持在最低限度的電子制造商中。

濾波器帶寬其他控制措施涉及儀器內(nèi)的濾波器帶寬。一般有兩種類型：

IF濾波器：中頻濾波器基本提供頻譜分析儀的頻率分辨率。選擇較窄的濾波器帶寬將能夠看到距離很近的信號。然而，由于它們是窄帶濾波器，因此這些濾波器對變化的響應(yīng)速度不如寬帶濾波器快。因此，使用它們時(shí)必須選擇較慢的掃描速率。

當(dāng)必須使用窄帶寬和慢掃描速率時(shí)，可以通過減少需要掃描的跨度來進(jìn)行測量的時(shí)間。即使必須使用較慢的掃描速率，也可以減小必須進(jìn)行掃描的范圍，從而減少分析儀的掃描時(shí)間。

視頻過濾器：視頻濾波功能用于許多模擬頻譜分析儀，在使用數(shù)字信號處理的分析儀中并不常見。它提供了一種應(yīng)用于信號的平均值形式。這樣可以減少由噪聲引起的變化，這有助于平均信號，從而揭示可能看不到的信號。使用視頻濾波還會限制頻譜分析儀的掃描速度?，F(xiàn)代FFT和實(shí)時(shí)頻譜分析儀將具有特殊的平均功能。

在現(xiàn)代頻譜分析儀上，濾波器帶寬通常自動與跨度和掃描速率相關(guān)聯(lián)，以便為任何給定情況選擇最佳設(shè)置。濾波器越窄，看到的細(xì)節(jié)越精細(xì)，本底噪聲水平越低。（NB噪聲與帶寬成正比，因此帶寬越低，噪聲越低）。如上所述，一個好的經(jīng)驗(yàn)法則是確保噪聲和信號電平之間存在20dB的差異，以便進(jìn)行合理的測量。

濾波器帶寬也可以稱為分辨率，因?yàn)闉V波器帶寬水平越窄，就可以看到更精細(xì)的細(xì)節(jié)。

標(biāo)記：幾乎在新的頻譜分析儀上集成的一個非常有用的設(shè)施是標(biāo)記的使用。它們檢測波形特定部分的電平，可用于測量不同信號的電平，并比較諧波或雜散信號相對于載波的電平等數(shù)字。

通常，這些標(biāo)記可以設(shè)置為選擇峰值、第二個峰值等，或測量給定點(diǎn)的電平 - 通常使用滾輪或旋鈕來設(shè)置頻率。

這些標(biāo)記通常由軟功能鍵控制，這些軟功能鍵通常作為軟鍵出現(xiàn)在觸摸屏上，或作為屏幕周圍的按鈕出現(xiàn)。

現(xiàn)代頻譜分析儀擁有大量的設(shè)備，特別是與多年前的模擬測試儀器相比。

除了標(biāo)記等許多功能外，通常還有許多其他功能可以使用軟鍵進(jìn)行訪問。這些可能包括測量相位噪聲和噪聲系數(shù)的例程。

另一個是易于測試信號頻譜的能力?？梢栽O(shè)置一個模板，詳細(xì)說明信號頻譜必須落在的限值。這個掩碼出現(xiàn)在屏幕上，然后很容易看出信號的頻譜是否超出這個范圍。

使用頻譜分析儀的提示和技巧

雖然可以詳細(xì)介紹頻譜分析儀的各種控制及其作用，但下面列出了與使用頻譜分析儀的實(shí)際方面相關(guān)的其他要點(diǎn)：

注意輸入電平：在處理高功率水平時(shí)，很容易損壞這些測試儀器的輸入。輸入通常直接連接到高性能混頻器。如果施加過大的功率，可能會損壞混頻器，修復(fù)成本可能很高，更不用說在尋找替代品時(shí)中斷任何測試的成本了。

在測試發(fā)射機(jī)時(shí)，輸出必須通過衰減器，在重新配置任何測試時(shí)，很容易忘記包括衰減器。要非常小心地確保衰減器始終包含在內(nèi)，以降低任何高功率水平，從而使輸入不會過載。

分析儀的輸入連接器通常帶有有關(guān)允許的最大功率電平的警告，詳細(xì)說明了允許的實(shí)際功率。

檢查分析儀或UUT中是否產(chǎn)生雜散信號：在測試雜散信號時(shí)，并不總是很明顯是否有任何雜散信號是在測試儀器內(nèi)部產(chǎn)生的，或者它們來自被測設(shè)備。如果頻譜分析儀輸入級過載，它們可能會產(chǎn)生嚴(yán)重的信號。

簡單的檢查方法是將輸入衰減器電平（不是任何其他增益控制）降低10 dB。如果雜散電平下降10dB（與其他信號一起），則雜散信號由UUT產(chǎn)生。如果雜散信號下降超過10 dB，則意味著它們是在頻譜分析儀內(nèi)部產(chǎn)生的。如果是這種情況，請減小輸入衰減器，直到頻譜分析儀生成的雜散信號不再可見。

確保軟件是最新的：最好確保頻譜分析儀中的軟件是最新的。制造商會定期更新軟件以修復(fù)錯誤，有時(shí)還會提高性能。通過使軟件保持最新狀態(tài)，可以確保所有最新設(shè)施都可用。

測量相位噪聲時(shí)，請確保分析儀性能足夠：使用頻譜分析儀測量信號的相位噪聲時(shí)，請確保頻譜分析儀內(nèi)本振的噪聲性能比被測信號的預(yù)期性能好約6 dB。如果不是這樣，那么頻譜分析儀振蕩器的相位噪聲將影響讀數(shù)。如果被測信號優(yōu)于頻譜分析儀本振的極端情況，則測量頻譜分析儀本身的相位噪聲！

使用頻譜分析儀時(shí)，可以快速找到可以有效使用的地方。使用這些測試的一些提示和技巧有助于克服每個人在使用頻譜分析儀時(shí)遇到的問題。

盡管大多數(shù)頻譜分析儀將具有進(jìn)一步的控制，但提到的控制是主要使用的控制，并且可以很好地理解如何使用頻譜分析儀。頻譜分析儀是測試設(shè)備中非常有用的物品，對于射頻設(shè)計(jì)、開發(fā)和測試非常寶貴。

頻譜分析儀是射頻設(shè)計(jì)的寶貴測試儀器 - 它們?yōu)樯漕l電路、模塊和系統(tǒng)的運(yùn)行提供了重要的見解。因此，它們是射頻設(shè)計(jì)、電子電路設(shè)計(jì)、電子制造、服務(wù)、現(xiàn)場維修等最重要的測試設(shè)備之一。

審核編輯：黃飛